(57)【要約】【課題】本発明はウェハーが装着される吸着用電極部とウェハーの温度制御を行う温度制御機構部とを有する静電チャックを設けた半導体装置の製造装置に関し、ウェハー温度分布の均一化を図ることを課題とする。【解決手段】ウェハーを吸着する吸着用電極部１７とウェハーの温度制御を行う加熱する温度制御機構部１８とを具備する静電チャック３５を装置本体部に取り付けた構成を有する半導体装置の製造装置において、静電チャック３５と装置本体部１９との接合面において、温度制御機構部１８（静電チャック３５）に第１の楔部３７を設け、装置本体部１９に第２の楔部３８を設けた構成とする。【選択図】図３
2006237641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハーを吸着する吸着用電極部と前記ウェハーの温度制御を行う加熱する温度制御機構部とを具備する静電チャックを装置本体部に取り付けた構成を有する半導体装置の製造装置において、
前記静電チャックと前記装置本体部との接合面において、前記静電チャックは第１の楔部を、前記装置本体部は第２の楔部をそれぞれ備えること
を特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造装置において、
前記第１の楔部と前記第２の楔部とが対峙する部位が鏡面研磨されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の半導体装置の製造装置において、
前記第１の楔部と前記第２の楔部とはスライド接合可能な構成とされていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造装置に係り、特にウェハーが装着される吸着用電極部とウェハーの温度制御を行う温度制御機構部とを有する静電チャックを設けた半導体装置の製造装置に関する。
【０００２】
一般に、ウェハーに対し酸化膜，窒化膜等を形成する半導体装置の製造装置では、ウェハーを保持する手段として静電チャックを具備している。
【０００３】
また、上記のようにウェハーに対し酸化膜，窒化膜等を形成する半導体装置の製造装置として、例えばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置が知られている。このプラズマＣＶＤ装置ではウェハーの温度を一定化させる必要があり、よって静電チャックにはウェハーを加熱する加熱機構が設けられている。
【０００４】
ウェハー上において加熱状態にバラツキがあると、ウェハー上に形成される酸化膜等が不均一となる。また、プラズマＣＶＤ装置ではプラズマを発生させるため、プラズマの熱がウェハーに影響を及ぼす。
【０００５】
よって、プラズマの影響に拘わらず静電チャックに装着されたウェハーが均一な温度を有するよう温度制御を行う必要がある。
【背景技術】
【０００６】
通常、プラズマＣＶＤ装置（半導体装置の製造装置）には、ウェハーを吸着視することによりこれを保持する静電チャックが設けられている（特許文献１参照）。図６は、従来のプラズマＣＶＤ装置（半導体装置の製造装置）に設けられていた静電チャックの一例を示している。
【０００７】
同図に示す静電チャック１は、大略するとウェハー２が吸着される吸着用電極部３と、ウェハー２に対し加熱処理を行う加熱機構部４とにより構成されている。また、この静電チャック１は、プラズマＣＶＤ装置（図示せず）の装置本体５にボルト６を用いて固定される構成とされている。
【０００８】
吸着用電極部３は高周波交流電源に接続されている。そして、この交流電源は吸着用電極部３に対して高周波（例えば13.56MHz) の交流電圧を印加し、これによりウェハー２の表面に誘起される正負の荷電の静電力によりウェハー２を吸着すると共に、発生するプラズマに対しバイアス効果を発生させる構成とされている。また加熱機構部４はヒータ等により構成されており、ウェハー２に対し加熱処理を行うことによりウェハー２の温度が一定かつ均一となるよう制御を行う。
【０００９】
一方、プラズマＣＶＤ装置は、供給される反応ガス分子をグロー放電或いは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）により分離してプラズマを発生させ、この発生したプラズマ中の励起されたラジカルやイオンの反応を利用し、上記静電チャック１に吸着されたウェハー２に薄膜を形成する構成とされている。この薄膜形成の際、反応速度を向上させるために静電チャック１に吸着されたウェハー２は、所定の温度となるよう加熱機構部４により温度制御される。
【特許文献１】特開平０５−１０９８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記したようにウェハー２に対する加熱は、薄膜形成時にウェハー２上における薄膜形成速度を向上させるために行われるものであるため、ウェハー２上における熱分布にバラツキがあると、ウェハー２上に形成される薄膜が不均一になるおそれがある。よって、静電チャック１に装着された状態のウェハー２に対し、その熱分布が均一となるよう温度制御を行う必要がある。
【００１１】
従来、この温度制御を行う方法としては、静電チャック１とウェハー２との間に冷却ガスとして例えばヘリウムガス（Ｈ2ガス）を流し、これによりウェハー２の温度制御を行うことが行われていた。しかるにこの方法では、ヘリウムガスの流量によってはウェハー２の面内全てを均一な温度となるよう制御するのが困難で、製造されるウェハー２毎に形成される薄膜にバラツキが生じるという問題点があった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ウェハー温度分布を均一化しうる静電チャックを有した半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１記載の発明は、
ウェハーを吸着する吸着用電極部と前記ウェハーの温度制御を行う加熱する温度制御機構部とを具備する静電チャックを装置本体部に取り付けた構成を有する半導体装置の製造装置において、
前記静電チャックと前記装置本体部との接合面において、前記静電チャックは第１の楔部を、前記装置本体部は第２の楔部をそれぞれ備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の半導体装置の製造装置において、
前記第１の楔部と前記第２の楔部とが対峙する部位が鏡面研磨されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、
請求項１又は請求項２記載の半導体装置の製造装置において、
前記第１の楔部と前記第２の楔部とはスライド接合可能な構成とされていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、静電チャックと装置本体部との接合面積は広くなり、静電チャックと装置本体部との間における熱伝導性を更に向上させることができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、第１の楔部と前記第２の楔部とが対峙する部位が鏡面研磨したことにより、静電チャックと装置本体部との間における熱伝導を良好に行うことができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、静電チャックと装置本体部とをスライド接合機構を用いて取り付ける構成としたことにより、静電チャックと装置本体部との接触面積を増大させることができ、よって静電チャックから装置本体部に効率よく放熱させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００２２】
図２は、本発明の一実施例である半導体装置の製造装置１０（以下、半導体製造装置という）を示す構成図である。本実施例では、半導体製造装置１０として電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）方式プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明する。先ず、半導体製造装置１０の全体構成について説明する。
【００２３】
半導体製造装置１０は、プラズマチャンバー１１と反応チャンバー１２とを有している。プラズマチャンバー１１には導波管１３が接続されており、この導波管１３からプラズマチャンバー１１に対しマイクロ波（2.45GHz)が導入される構成とされている。また、プラズマチャンバー１１の周囲には磁気コイル１４が配設されており、この磁気コイル１４により電子サイクロトロンの条件を決定しうる構成となっている。
【００２４】
一方、反応チャンバー１２には、ウェハー１５を吸着保持する静電チャック１６が配設されている。静電チャック１６は、後に詳述するようにウェハー１５が吸着される吸着用電極部１７と、この吸着されたウェハー１５の温度を一定化するための温度制御機構部１８とを具備した構成とされている。
【００２５】
吸着用電極部１７には高周波電源２５が接続されており、吸着用電極部１７に対し高周波電圧を印加しうる構成とされている。この高周波電源２５より高周波電圧が印加されることにより、吸着用電極部１７はウェハー１５を吸着すると共に、プラズマのバイアス電極として機能させることができる。尚、吸着用電極部１７内には一対の静電電極（図示せず）も配設されており、この静電電極によってもウェハー１５は吸着用電極部１７に吸着される構成とされている。
【００２６】
また、温度制御機構部１８は、加熱を行うためのヒータ装置及び冷却を行うための冷却装置が組み込まれており、ウェハー１５の温度或いは吸着用電極部１７の温度に応じて適宜作動する。これにより、ウェハー１５の温度は、その全面にわたり均一かつ一定の温度となるよう制御される。
【００２７】
上記構成の静電チャック１６は、装置本体１９に固定された昇降機構２０に設けられた昇降ロッド２１に配設されている。尚、上記の昇降機構２０及び昇降ロッド２１は装置本体１９の一部を構成するため、後述する図１，図３，及び図４においては昇降機構２０及び昇降ロッド２１も装置本体１９と称して説明する。
【００２８】
また、上記反応チャンバー１２は、図示しない反応ガス供給系から反応ガス（例えばＳｉＨ4)が供給される構成とされている。また、上記したプラズマチャンバー１１で発生したプラズマは、プラズマ引出し窓２２を介して反応チャンバー１２内に導入される構成とされている。よって、反応チャンバー１２に導入された反応ガスは、プラズマ引出し窓２２を介して導入されたプラズマより励起或いは化学係合が分解され、ウェハー１５上に所定の薄膜（本実施例の場合には窒化膜）が形成される。尚、反応チャンバー１２の上部には排気系に接続された排気口２３が設けられており、またこの排気口２３の周囲には補助磁気コイル２４が配設されている。
【００２９】
続いて、本発明の要部となる静電チャック１６を図１に拡大して示し、以下詳述する。
【００３０】
前記したように、静電チャック１６は吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とにより構成されている。吸着用電極部１７は、絶縁性を有するセラミックであるアルミナ又はアルミナイトライドにより形成された絶縁性ハウジング２６と、この絶縁性ハウジング２６内に設けられたＲＦ電極２７とにより構成されている。このＲＦ電極２７は前記した高周波電源２５に接続されており、ウェハー１５を静電的に吸着すると共にプラズマのバイアス電極として機能する。
【００３１】
また、温度制御機構部１８は吸着用電極部１７と装置本体１９との間に介装されるものであり、絶縁性を有するセラミックであるアルミナ又はアルミナイトライドにより形成された絶縁性ハウジング２８と、この絶縁性ハウジング２８内に設けられた温度制御装置（ヒータ及び冷却装置により構成される）２９とにより構成されている。
【００３２】
本実施例においては、上記した吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とは夫々独立した構成とされている。そして、この個々別個の構成とされた吸着用電極部１７と温度制御機構部１８は、ボルト３０を用いて装置本体１９に螺着され、これにより吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とは接合されて静電チャック１６を形成する構成とされている。
【００３３】
このように、吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とを夫々独立した構成としたことにより、吸着用電極部１７に設けられたＲＦ電極２７に印加される高周波電圧が温度制御機構部１８にリークすることを防止することができ、よって消費電力の低減を図ることができる。また、吸着用電極部１７及び温度制御機構部１８は共に絶縁材料よりなる絶縁性ハウジング２６，２８を有しており、この絶縁性ハウジング２６，２８は電極としては機能しない。このため、電極して機能するのはＲＦ電極２７のみとなり、電極として機能する部分の面積を小さくすることができ、これによっても消費電力の低減を図ることができる。
【００３４】
また、上記のように吸着用電極部１７及び温度制御機構部１８に絶縁性ハウジング２６，２８を設けることにより、プラズマのバイアス電極として機能するのもＲＦ電極２７のみとなる。よって、バイアス効果の低下を防止でき、ウェハー１５上に良好な薄膜形成を行うことが可能となる。
【００３５】
また、上記のように吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とを接合することにより、吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とは熱的に接続された構成となる。更に、吸着用電極部１７が温度制御機構部１８と接合する接合面１７ａと、温度制御機構部１８が吸着用電極部１７と接合する接合面１８ａとは共に鏡面研磨加工がされた構成とされており、従って両者間における接合面積は広くなっている。
【００３６】
即ち、接合面１７ａ，１８ａが粗面であった場合には、各接合面１７ａ，１８ａを接合した際に各面１７ａ，１８ａの間に微細な間隙が多数発生し、実質的な接合面積は小さくなってしまう。しかるに、上記のように接合面１７ａ，１８ａを鏡面研磨加工することにより、接合面１７ａと接合面１８ａとは密着した状態となり接合面積を広くすることができる。接合面１７ａと接合面１８ａとの接合面積が広いということは、熱伝導が行われる面積が広いことと等価であり、よって吸着用電極部１７と温度制御機構部１８との間における熱伝導を効率よく行うことができる。
【００３７】
また、ウェハー１５に薄膜を形成する状態下ではプラズマが発生しており、このプラズマの熱は吸着用電極部１７にも印加され、この熱が吸着用電極部１７にこもることが知られている。この吸着用電極部１７にこもった熱がウェハー１５に熱伝導した場合、ウェハー１５の温度にバラツキが発生し良好な薄膜形成ができなくなってしまう。
【００３８】
しかるに、上記のように吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とを接合し、かつその接合面１７ａ，１８ａを鏡面研磨することにより、吸着用電極部１７と温度制御機構部１８との間の熱伝導効率は向上する。よって、プラズマに起因して発生した熱は吸着用電極部１７から温度制御機構部１８へ効率よく放熱され、ウェハー１５にプラズマに起因した熱が影響することを防止できるため、ウェハー１５に対し良好な薄膜形成を行うことができる。
【００３９】
また、上記のように温度制御機構部１８はウェハー１５に対して加熱或いは冷却処理を行いウェハー１５が均一で一定の温度となるよう温度制御を行うが、この温度制御時においても吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とが良好な状態で熱的に接続されていることにより、温度制御処理を確実にかつ効率よく行うことができる。
【００４０】
尚、本実施例では、吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とが良好な状態で熱的に接続されるよう、吸着用電極部１７及び温度制御機構部１８の接合面１７ａ，１８ａを鏡面研磨する構成としたが、吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とを熱伝導性の高い高熱伝導部材（例えば、高熱伝導シート或いは高熱伝導グリス等）を介して接合することにより吸着用電極部１７と温度制御機構部１８との間における熱伝導性を向上させる構成としてもよい。
【００４１】
続いて、上記構成とされた静電チャック１６と装置本体１９との接合構造に注目する。図１に示されるように、静電チャック１６は装置本体１９に対しボルト３０を用いて締結される。このボルト３０は、セラミック等よりなる絶縁性ボルトを用いている。よって、吸着用電極部１７に設けられたＲＦ電極２７に印加された高周波電圧がボルト３０、及びボルト３０を介して装置本体１９にリークすることを防止することができ、これによっても消費電力の低減及びＲＦ電極２７によるバイアス効果の向上を図ることができる。
【００４２】
また、静電チャック１６と装置本体１９との間には、熱伝導性の高い高熱伝導部材３１（例えば高熱伝導シート或いは高熱伝導グリス等）が介装されている。このように、静電チャック１６と装置本体１９との間に高熱伝導部材３１を配設することにより、静電チャック１６と装置本体１９との間における熱伝導性を向上させることができ、吸着用電極部１７にこもった熱を温度制御機構部１８を介して装置本体１９にも放熱することができる。よって、ウェハー１５に対する温度制御を更に余裕を持って行うことができる。
【００４３】
尚、静電チャック１６と装置本体１９との間に高熱伝導部材３１を配設する構成に代えて、静電チャック１６及び装置本体１９の各接合面を鏡面研磨した構成としても熱伝導性を向上することができる。
【００４４】
図５は、本発明の効果を実証するための図である。同図は横軸に薄膜形成におけるプロセス時間を取り、縦軸に薄膜形成におけるウェハー温度を取った特性図である。同図において、●印でプロットしたのは図６に示した従来構成の静電チャック１を用いた場合の特性であり、▲印でプロットしたのは図１に示した本実施例に係る静電チャック１６を用いた場合の特性である。
【００４５】
同図より、従来構成の静電チャック１を用いた場合は、プロセス時間の経過に伴いウェハー温度が急激に上昇していることが判る。これは、プラズマの熱が吸着用電極部３にこもり、この熱がウェハー２に印加されることにより発生するものと思われる。
【００４６】
これに対し、本実施例に係る静電チャック１６を用いた場合は、プロセス時間の経過に伴い若干の温度少々はあるものの、略ウェハー温度は一定の状態となっている。これは、プラズマの熱が吸着用電極部１７から温度制御機構部１８へ、また温度制御機構部１８から装置本体１９へ順次熱伝導していくことに起因している。よって図５の実験結果より、本実施例に係る静電チャック１６を用いることにより、ウェハー１５に良好な状態で薄膜形成を行いうることが実証された。
【００４７】
図３及び図４は、図１に示した静電チャック１６の変形例である静電チャック３５を示している。尚、図３及び図４において、図１に示した静電チャック１６と同一構成については同一符号を附してその説明を省略する。
【００４８】
図１に示した実施例では、静電チャック１６と装置本体１９との間に高熱伝導部材３１を介装することにより、静電チャック１６と装置本体１９との間における熱伝導性を向上させる構成とした。これに対し、本変形例では静電チャック１６と装置本体１９とを接合するのにスライド機構３６を用いることにより、静電チャック１６と装置本体１９との間における熱伝導性を向上させたことを特徴とするものである。
【００４９】
スライド機構３６は、静電チャック３５（具体的には温度制御機構部１８）に形成された第１の楔部３７と、装置本体１９に形成された第２の楔部３８とにより構成されている。この第１及び第２の楔部３７，３８は、図４に示されるように、スライド接合可能な構成とされている。従って、第１及び第２の楔部３７，３８をスライド接合させることにより、静電チャック１６は装置本体１９に接合される。また、上記の第１の楔部３７及び第２の楔部３８において、スライド接合された際、互いに対峙する部分は鏡面研磨加工がされている。
【００５０】
上記した本変形性の構成とすることにより、静電チャック１６と装置本体１９との接合面積は広くなり、静電チャック１６と装置本体１９との間における熱伝導性を更に向上させることができる。
【００５１】
尚、本変形例では、静電チャック１６を構成する吸着用電極部１７と温度制御機構部１８とを高熱伝導性接着剤（図示せず）により接合した構成を例に挙げているが、吸着用電極部１７と温度制御機構部１８との接合を上記したと同様なスライド機構を用いて接合する構成としてもよい。
【００５２】
また、上記した変形例では、スライド機構３６を第１及び第２の楔部３８により構成したが、第１及び第２の楔部３８の形状は図３及び図４に示される形状に限定されるものではなく、静電チャック１６と装置本体１９とを確実に接合でき、かつ静電チャック１６と装置本体１９との接合面積を広くできる形状であれば、他の形状としてもよい。
【００５３】
更に、上記した各実施例では、半導体製造装置としてＥＣＲ方式プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明したが、本発明の要部となる静電チャック１６は、他の構成のＣＶＤ装置，スパッタ装置，及び蒸着装置に広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の一実施例である半導体製造装置に配設される静電チャック近傍を拡大して示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例である半導体製造装置の構成図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例である半導体製造装置に配設される静電チャック近傍の変形例を示す図である。
【図４】図４は、図３に示される静電チャックに配設されるスライド機構を拡大して示す図である。
【図５】図５は、本発明の効果を示す図である。
【図６】図６は、従来の半導体製造装置に配設される静電チャックを拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  半導体製造装置
１１  プラズマチャンバー
１２  反応チャンバー
１３  導波管
１５  ウェハー
１６，３５  静電チャック
１７  吸着用電極部
１７ａ，１８ａ  接合面
１８  温度制御機構部
１９  装置本体
２５  高周波電源
２６，２８  絶縁性ハウジング
２７  ＲＦ電極
２９  温度制御装置
３０  ボルト
３１  高熱伝導材
３６  スライド機構
３７  第１の楔部
３８  第２の楔部
【図１】
2006237641.tif 000003
【図２】
2006237641.tif 000004
【図３】
2006237641.tif 000005
【図４】
2006237641.tif 000006
【図５】
2006237641.tif 000007
【図６】
2006237641.tif 000008